半导体设备的“核心力量”——碳化硅零部件

碳化硅（SiC）是一种性能优异的结构陶瓷材料。碳化硅零部件，即以碳化硅及其复合材料为主要材料的设备零部件，其具备密度高、热传导率高、弯曲强度大、弹性模数大等特性，能够适应晶圆外延、刻蚀等制造环节的强腐蚀性、超高温的恶劣反应环境，因此广泛应用于外延生长设备、刻蚀设备、氧化/扩散/退火设备等主要半导体设备。 根据晶体结构，碳化硅晶型很多，目前常见的SiC主要是3C、4H以及6H型，不同晶型的SiC用途不同。其中，3C-SiC也通常被称为β-SiC，β-SiC的一个重要用途就是用作薄膜和涂层材料，因此，目前β-SiC是作石墨基座涂层的主要材料。 根据制备工艺，碳化硅零部件可分为化学气相沉积碳化硅（CVD SiC）、反应烧结碳化硅、重结晶烧结碳化硅、常压烧结碳化硅、热压烧结碳化硅、热等静压烧结碳化硅等。 在众多的碳化硅材料制备方法中，化学气相沉积法制备的产品具有较高的均匀性和纯度，且该方法具有较强的工艺可控性。CVD碳化硅材料因其具有出色的热、电和化学性质的独特组合，使其非常适合在需要高性能材料的半导体行业应用。 碳化硅零部件市场规模 1.CVD碳化硅零部件 CVD碳化硅零部件被广泛应用于刻蚀设备、MOCVD设备和SiC外延设备、快速热处理设备等领域。 刻蚀设备：CVD碳化硅零部件最大细分市场为刻蚀设备。刻蚀设备中CVD碳化硅零部件包含聚焦环、气体喷淋头、托盘、边缘环等，由于CVD碳化硅对含氯和含氟刻蚀气体的低反应性、导电性，使其成为等离子体刻蚀设备聚焦环等部件的理想材料。 碳化硅聚焦环，来源：KNJ 石墨基座涂层：低压化学气相沉积法（CVD）是目前制备致密SiC涂层的最有效的工艺 ，CVD-SiC涂层厚度可控且具有均匀性等优点。SiC涂层石墨基座常用于金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备中支撑和加热单晶衬底的部件，是MOCVD设备的核心关键部件。 根据QY Research数据，2022年全球CVD碳化硅零部件市场收入达到8.13亿美元，预计2028年将达到14.32亿美元，年复合增长率（CAGR）为10.61%。 目前，我国半导体设备用碳化硅零部件国产化率较低，本土厂商起步较晚，且整体处于追赶国外状态。根据QY Research数据，2022年，CVD碳化硅零部件领域全球市场前五大厂商的市场份额合计超过60%，志橙半导体以3.57%的市场占有率跻身全球第八，为前十大厂商中唯一一个中国厂商。 2.反应烧结碳化硅零部件 反应烧结(反应熔渗或反应键合)的SiC材料，烧结线收缩率可控制在1%以下，同时烧结温度相对较低，这大幅降低了对形变控制和烧结设备的要求。因此，该技术具有容易实现构件大尺寸化的优点，在光学和精密结构制造领域获得了广泛的应用。 光刻机等集成电路关键制造装备中某些高性能光学元件对材料制备有着苛刻的要求，采用反应烧结碳化硅基体结合化学气相沉积碳化硅(CVD SiC)膜层的方法制备高性能反射镜，通过优化先驱体种类、沉积温度、沉积压力、反应气体配比、气体流场、温度场等关键工艺参数，可实现大面积、均匀CVD SiC膜层的制备，使反射镜镜面精度可接近国外同类产品性能指标。 光刻机用碳化硅光学反射镜 中国建筑材料科学研究总院的专家们采用专有制备技术，实现了大尺寸、复杂形状、高度轻量化、全封闭光刻机用碳化硅陶瓷方镜及其他结构功能光学零部件的制备。 中国建筑材料科学研究总院研制的反应烧结碳化硅性能与国外企业相关产品性能 目前国外在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面走在前列的公司有日本京瓷、美国CoorsTek、德国BERLINER GLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占据了集成电路核心装备用高端精密陶瓷结构件市场份额的70%。国内有中国建材总院、宁波伏尔肯等。我国在集成电路装备用精密碳化硅结构件的制备技术和应用推广研究起步较晚，与国际领先企业仍有差距。